复合掺杂剂对YSZ电解质材料烧结性与电性能的影响

摘要

Y2O3稳定ZrO2材料高温时具有较高氧离子传导特性，在ZrO2中添加与Zr4+半径相当的阳离子(如：Dy3+、Yb3+、Sc3+)可增加氧空位浓度，增大晶格畸变，提高电导率，降低电导活化能，以期用作中温电解质材料。采用高温固溶法制备Sc2O3(Dy2O3)和Yb2O3复合掺杂的YSZ电解质材料，研究了复合掺杂对YSZ烧结性和电性能的影响。结果表明：复合掺杂体系中，随着Sc2O3含量的增加，试样烧结密度降低(1600℃烧结密度由5.82g/cm3降至5.24g/cm3)，而Dy2O3却能提高烧结密度 (1600℃烧结密度由5.63g/cm3增至5.86 g/cm3)；在一定添加范围内(8～8.6mol%)，材料电导率得到大幅度提高(1000℃时达0.18S/cm)；logσ对1000/T作图均呈现较好的线性关系，说明电导率σ与温度T之间关系符合Arrhenius公式；XRD分析表明复合掺杂YSZ电解质材料晶格常数有所增大，对提高电导率起积极作用；通过显微结构分析可见，复合添加剂促进了晶粒生长，尤其是含Dy试样晶粒尺寸较大。